intTypePromotion=1

Bài giảng: Các định luật bảo toàn

Chia sẻ: Hoang Anh Tu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:146

0
341
lượt xem
79
download

Bài giảng: Các định luật bảo toàn

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong vật lý, định luật bảo toàn là các định luật có nội dung: đại lượng vật lý trong hệ kín qua các quá trình khác nhau hay tác động tương tác không thay đổi. Đừng quên đánh giá đúng mức thói hám lợi và sự biếng nhác là động lực cho sự phát triển. Ngành hóa học hiện đại đã ra đời từ sự chạm trán của cơn khát vàng với sự chán ghét lao động cật lực đi tìm nó và đào nó lên.....

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng: Các định luật bảo toàn

  1. Benjamin Crowell Benjamin Bài gi ng CÁC NH LU T B O TOÀN Hiepkhachquay ch Hiepkhachquay d ch Kiên năm Kiên Giang, năm 2009
  2. Benjamin Crowell Các nh toàn Các nh lu t b o toàn Hiepkhachquay d ch
  3. Các t p ã phát hành B sách c a Benjamin Crowell: 1. Cơ h c Newton 2. Các nh lu t b o toàn 3. Dao ng và Sóng 4. i n h c nghiemth17617@kiengiang.edu.vn
  4. M cl c Trang Chương 1. S b o toàn năng lư ng 1.1 Cu c tìm ki m c máy chuy n ng vĩnh c u .......................................................... 1 1.2 Năng lư ng ................................................................................................................ 3 1.3 Thang o s c a năng lư ng ..................................................................................... 6 1.4 ng năng ............................................................................................................... 10 1.5 Công su t ................................................................................................................. 12 Bài t p ........................................................................................................................... 17 Chương 2. ơn gi n hóa th gi i năng lư ng 2.1 Nhi t là ng năng .................................................................................................. 21 2.2 Th năng: năng lư ng c a kho ng cách xa hay g n ................................................ 23 2.3 T t c năng lư ng là th năng ho c ng năng ....................................................... 27 Bài t p ........................................................................................................................... 30 Chương 3. Công: S truy n cơ năng 3.1 Công: S truy n cơ năng ......................................................................................... 32 3.2 Công trong không gian ba chi u ............................................................................. 38 3.3 L c bi n i ............................................................................................................ 40 3.4 Áp d ng gi i tích ..................................................................................................... 43 3.5 Công và th năng ..................................................................................................... 44 3.6 Khi nào công b ng l c nhân v i quãng ư ng? ...................................................... 46 3.7 Tích vec-tơ .............................................................................................................. 47 Bài t p ........................................................................................................................... 51 Chương 4. B o toàn ng lư ng 4.1 ng lư ng ............................................................................................................. 55 4.2 Va ch m trong không gian m t chi u ..................................................................... 61 4.3 M i quan h c a ng lư ng v i kh i tâm ............................................................. 65 4.4 S truy n ng lư ng .............................................................................................. 68
  5. 4.5 ng lư ng trong không gian ba chi u ................................................................... 71 4.6 Áp d ng gi i tích ..................................................................................................... 75 Bài t p ........................................................................................................................... 79 Chương 5. B o toàn xung lư ng góc 5.1 B o toàn xung lư ng góc ........................................................................................ 83 5.2 Xung lư ng góc trong chuy n ng hành tinh ........................................................ 88 5.3 Hai nh lí v xung lư ng góc ................................................................................. 90 5.4 Mômen quay: T c truy n xung lư ng góc ......................................................... 94 5.5 Tĩnh h c ................................................................................................................ 100 5.6 Máy cơ ơn gi n: òn b y .................................................................................... 103 5.7 Ch ng minh nh lu t qu o elip c a Kepler .................................................... 105 Bài t p ......................................................................................................................... 109 Chương A. Nhi t ng l c h c A.1 Áp su t và nhi t ............................................................................................... 116 A.2 Mô t vi mô c a ch t khí lí tư ng ........................................................................ 122 A.3 Entropy ................................................................................................................. 125 Bài t p ......................................................................................................................... 132 Ph l c 1. Thí nghi m mômen l c .............................................................................. 135 Ph l c 2. G i ý và l i gi i cho các câu h i và bài t p ............................................... 136
  6. Vào tháng 7 năm 1994, sao ch i Shoemaker-Levy ã âm s m vào M c tinh, gi i phóng 7 x 1022 joule năng lư ng, và b t ng làm gia tăng lo t phim nh Hollywood trong ó hành tinh c a chúng ta b e d a b i m t s va ch m b i m t sao ch i hay thiên th ch. Có b ng ch ng r ng m t cú va ch m như th ã gây ra s tuy t ch ng c a loài kh ng long. Hình bên trái: L c h p d n c a M c tinh tác d ng lên ph n g n c a sao ch i l n hơn ph n xa, và s chênh l ch này xé to c sao ch i thành m t lo t m nh v . Hai hình ch p b ng kính thiên văn c l p ư c k t h p l i t o ra o nh c a m t i m nhìn ngay phía sau sao ch i. (Các vân có màu t i rìa c a M c tinh là h qu c a h th ng ch p nh) Hình trên: Lo t nh c a ám khí quá nhi t gây ra b i cú va ch m c a m t trong các m nh v . ám khí ó có kích c kho ng ch ng b ng khu v c B c Mĩ. Hình dư i: M t hình ch p sau khi các cú va ch m ã k t thúc, cho th y k t qu phá h y. Chương 1 S b o toàn năng lư ng 1.1 Cu c tìm ki m c máy chuy n ng vĩnh c u ng quên ánh giá úng m c thói hám l i và s bi ng nhác là ng l c cho s phát tri n. Ngành hóa h c hi n i ã ra i t s ch m trán c a cơn khát vàng v i s chán ghét lao ng c t l c i tìm nó và ào nó lên. Nh ng n l c th t b i c a các th h nhà gi kim thu t bi n chì thành vàng cu i cùng ã ưa n k t lu n r ng i u ó không th th c hi n ư c: các ch t nh t nh, các nguyên t hóa h c, là cơ b n, và các ph n ng hóa h c ch ng th làm tăng thêm hay gi m b t li u lư ng c a m t nguyên t như vàng ch ng h n. Bài gi ng Các nh lu t b o toàn | Benjamin Crowell 1
  7. Gi thì tia sáng lóe lên hư ng t i bu i u th i kì công nghi p. Thói hám l i và tính lư i bi ng ã t o ra nhà máy, xe l a, và tàu th y i dương, nhưng trong t ng k t qu này là m t phòng un nơi m t ai ó ư t m m hôi xúc than á t lò cho ng cơ hơi nư c. Các th h nhà phát minh ã c g ng ch t o ra m t c máy, g i là ng cơ vĩnh c u, s ch y mãi mãi mà không c n nhiên li u. M t c máy như th không b c m b i các nh lu t c a Newton v chuy n ng, chúng xây d ng trên các khái ni m v l c và quán tính. L c thì t do, và có th nhân lên vô h n v i các ròng r c, bánh răng, ho c òn b y. Nguyên lí quán tính dư ng như còn khuy n khích m t ni m tin r ng m t c máy ư c ch t o khéo léo không th nào d ng l i ư c. Hình a và b cho th y hai trong vô s ng cơ xu t. Nguyên nhân hai thí d này a/ Nam châm hút qu c u lên trên nh vĩnh c u ã ư c d c, ó nó rơi xu ng l và lăn tr xu ng không ho t ng không khác gì nhi u so v i nguyên chân d c. nhân mà các c máy khác kia ã th t b i. Xét c máy a. Cho dù chúng ta gi s r ng m t b d c ư c nh hình thích h p s gi cho qu c u lăn nh nhàng qua m i chu trình, nhưng l c ma sát s luôn có m t. Ngư i thi t k ã tư ng tư ng r ng c máy s l p l i cùng m t chuy n ng mãi mãi, nên m i l n nó i t i m t i m cho trư c t c c a nó s úng b ng như lúc trư c nó v a m i i qua ch ó. Nhưng do ma sát, t c th t ra gi m i m t chút v i m i chu trình, cho n cu i cùng thì qu c u không th lăn lên trên nh ư c n a. Ma sát có m t cách bò d n vào trong t t c các h ang chuy n ng. Trái t ang quay trông có v b/ Khi bánh xe quay theo chi u kim ng như m t ng cơ vĩnh c u hoàn h o, vì nó ư c cô l p h , các cánh tay linh ho t quét vòng tròn trong chân không c a không gian bên ngoài, không có và u n cong và du i th ng. b ng cách th gì tác d ng l c ma sát lên nó. Nhưng trong th c t , qu c u c a nó xu ng b d c, và cánh tay ư c cho là ã t làm cho nó nh hơn và chuy n ng quay c a hành tinh c a chúng ta ã ch m d nâng lên trên hơn. Nh t l y qu c u i nhi u l m k t khi l n u tiên nó hình thành, và riêng c a nó phía bên ph i, giúp cho kéo Trái t s ti p t c ch m d n chuy n ng quay c a m t phía bên ph i c a nó xu ng. nó, làm cho ngày hôm nay hơi dài hơn ngày hôm qua m t chút. Nguyên nhân r t tinh t c a l c ma sát làm Trái t ch m l i chính là th y tri u. L c h p d n c a M t trăng làm dâng ch ph ng to trên các i dương c a Trái t, và khi Trái t quay thì nh ng ch ph ng to ó ti n tri n xung quanh hành tinh chúng ta. Nơi ch ph ng to i vào t li n, có ma sát ó, nó làm ch m chuy n ng quay c a Trái t r t t t . 2 © hiepkhachquay d ch | Bài gi ng Các nh lu t b o toàn
  8. 1.2 Năng lư ng Tuy nhiên, phép phân tích d a trên l c ma sát có ph n nào ó h i h t, kém sâu s c. Ngư i ta có th hi u l c ma sát h t s c tư ng t n và tư ng tư ng ra tình hu ng sau ây. Các nhà du hành vũ tr mang v m t m u qu ng t tính l y t M t trăng không hành x gi ng như các nam châm bình thư ng. M t thanh nam châm bình thư ng, c/1, hút l y m t m u s t v cơ b n là ti n th ng v phía nó, và không có tính thu n trái hay thu n ph i. Tuy nhiên, á M t trăng, tác d ng các l c hình thành nên m t hình nh xoáy nư c xung quanh nó, 2. NASA i t i m t ti m máy và t á M t trăng vào m t máy ti n và ti n nó thành m t hình tr nh n, 3. N u bây gi chúng ta th m t qu c u trên b m t c a hình tr , thì l c t cu n l y nó ch y vòng tròn càng lúc càng nhanh. T t nhiên, có m t chút ma sát, nhưng có s l i toàn ph n v m t t c v i m i chu trình. Các nhà v t lí ã t cư c nhi u vào vi c khám phá ra m t lo i á M t trăng như th , không nh ng vì nó phá v các quy lu t mà các nam châm bình thư ng tuân theo, mà còn vì, gi ng như các nhà gi kim thu t, h ã phát hi n ra m t nguyên lí r t sâu s c và cơ b n c a t nhiên ngăn c m nh ng i u nh t nh x y ra. c/ á M t trăng bí n t o ra m t ng cơ Nhà gi kim thu t u tiên x ng áng ư c g i là m t vĩnh c u. nhà hóa h c là ngư i ã nh n ra vào m t ngày nào ó r ng “Trong t t c nh ng n l c này nh m t o ra vàng nơi trư c ây không có nó, t t c nh ng vi c tôi ã và ang làm là b trí cùng các nguyên t t i lui trong s các ng nghi m khác nhau. Cách duy nh t làm tăng hàm lư ng vàng trong phòng thí nghi m c a tôi là mang m t s vàng t bên ngoài vào c a”. Nó gi ng như vi c có m t s ti n c a b n n m trong m t tài kho n ghi séc và m t s n m trong m t tài kho n ti t ki m. Chuy n ti n t tài kho n này sang tài kho n kia không làm thay i t ng lư ng ti n. Chúng ta nói r ng s gam vàng là m t i lư ng ư c b o toàn. Trong ng c nh này, t “b o toàn” không có ý nghĩa bình thư ng c a nó là c g ng không lãng phí th gì. Trong v t lí, m t i lư ng b o toàn là th b n s không th t ng kh ra n u b n mu n như th . Các nh lu t b o toàn trong v t lí luôn luôn xét v i m t h kín, nghĩa là m t vùng không gian có d/ Ví d 1 các ranh gi i mà qua ó i lư ng trong câu h i không i qua ư c. Trong ví d c a chúng ta, phòng thí Bài gi ng Các nh lu t b o toàn | Benjamin Crowell 3
  9. nghi m c a nhà gi kim thu t là m t h kín vì không có vàng mang vào hay mang ra kh i c a. Ví d 1. S b o toàn kh i lư ng Trong hình d, dòng nư c béo hơn g n mi ng vòi và g y hơn ph n dư i. ây là vì nư c tăng t c khi nó rơi. N u như ti t di n c a dòng nư c b ng nhau su t d c chi u dài c a nó, thì t c c a dòng ch y qua m t c t ngang phía dư i s l n hơn t c c a dòng ch y qua m t c t ngang phía trên. Vì dòng ch y là u, nên lư ng nư c gi a hai m t c t ngang gi nguyên không i. Ti t di n c a dòng nư c do ó ph i co l i t l ngh ch v i t c ang tăng lên c a dòng nư c ch y. ây là m t thí d c a s b o toàn kh i lư ng. Nói chung, hàm lư ng c a m t ch t b t kì không ư c b o toàn. Các ph n ng hóa h c có th bi n i ch t này thành ch t khác và các ph n ng h t nhân th m chí có th bi n i nguyên t này thành nguyên t khác. Tuy v y, t ng kh i lư ng c a t t c các ch t ư c b o toàn: nh lu t b o toàn kh i lư ng T ng kh i lư ng c a m t h kín luôn gi không i. Năng lư ng không th sinh ra hay m t i, mà ch chuy n hóa t m t h này sang h khác. M t ch p sáng tương t cu i cùng ã lóe lên trong u nh ng ai ã hoài công ch t o m t c máy chuy n ng vĩnh c u. Trong ng cơ vĩnh c u a, xét chuy n ng c a m t trong các qu c u c a nó. Nó th c hi n m t chu kì leo lên và rơi xu ng. Trên ư ng rơi xu ng, nó thu thêm t c , và trên ư ng i lên thì nó ch m d n. Có m t t c l n hơn gi ng như có thêm ti n trong tài kho n ghi séc c a b n, và trên cao hơn gi ng như có thêm ti n trong tài kho n ti t ki m c a b n. D ng c ó ơn gi n là hoán i ti n t i lui gi a hai tài kho n. Có thêm các qu c u v cơ b n ch ng làm thay i i u gì. Không nh ng v y, mà ma sát còn luôn luôn rút ti n vào m t “tài kho n ngân hàng” th ba: ó là nhi t. Nguyên do chúng ta chà xát tay mình vào nhau khi chúng ta c m th y l nh là l c ma sát ng làm các th nóng lên. S tích t liên t c trong “tài kho n nhi t” làm cho “tài kho n chuy n ng” và “tài kho n cao” càng lúc càng ít, khi n cho c máy cu i cùng d ng l i. Nh ng ki n th c sâu s c này có th ch t l c l i thành nguyên lí cơ b n sau ây c a v t lí h c: nh lu t b o toàn năng lư ng Ngư i ta có th g n m t con s , g i là năng lư ng, cho tr ng thái c a m t h v t lí. Năng lư ng toàn ph n ư c tìm b ng cách c ng g p nh ng s óng góp t các c trưng c a h như chuy n ng c a các v t bên trong nó, nhi t c a các v t ó, và v trí tương i c a các v t tương tác thông qua các l c. Năng lư ng toàn ph n c a m t h kín luôn không i. Năng lư ng không th sinh ra hay m t i, mà ch chuy n hóa t m t h này sang h khác. Câu chuy n á M t trăng vi ph m s b o toàn năng lư ng vì ng tr á và qu c u cùng c u thành m t h kín. M t khi qu c u ã th c hi n xong m t chu trình xung quanh ng tr , thì v trí tương i c a nó so v i ng tr gi ng h t như trư c ó, cho nên con s năng lư ng g n li n v i v trí c a nó b ng như cũ. Vì t ng năng lư ng ph i gi không i, cho nên 4 © hiepkhachquay d ch | Bài gi ng Các nh lu t b o toàn
  10. không có kh năng cho qu c u có t c l n hơn sau m t chu trình. N u nó nh n thêm t c , thì nó s có thêm năng lư ng g n v i chuy n ng, lư ng năng lư ng g n li n v i v trí thì như cũ, và m t chút năng lư ng nhi u hơn g n li n v i nhi t thông qua ma sát. Không th có m t s gia tăng chung v năng lư ng. Ví d 2. Chuy n hóa năng lư ng t d ng này sang d ng khác Th rơi m t hòn á: Hòn á m t năng lư ng do s thay i v trí c a nó i v i Trái t. H u như t t c năng lư ng ó chuy n hóa thành năng lư ng c a chuy n ng, tr m t lư ng nh b m t dư i d ng nhi t gây ra b i l c ma sát c a không khí. Trư t trên n n nhà: Năng lư ng chuy n ng c a ngư i ch y h u như chuy n hóa toàn b thành nhi t thông qua ma sát v i m t t. Tăng t c xe hơi: Xăng có năng lư ng d tr trong ó, năng lư ng ó ư c gi i phóng dư i d ng nhi t b ng cách t nó bên trong ng cơ. Có l 10% năng lư ng nhi t này chuy n hóa thành năng lư ng chuy n ng c a xe. Ph n còn l i t n t i dư i d ng nhi t, nó ư c mang ra ngoài b i khí th i. Xe n máy t i ch : Khi b n cho xe ch y ch ngh , thì toàn b năng lư ng c a khí cháy b chuy n hóa thành nhi t. L p xe và ng cơ nóng lên, và nhi t còn b tiêu tán vào trong không khí qua b t n nhi t và khí th i. Hãm phanh: Toàn b năng lư ng c a chuy n ng c a xe b chuy n hóa thành nhi t trong b phanh. Ví d 3. C máy Stevin Nhà toán h c và kĩ sư ngư i Hà Lan Simon Stevin ã xu t m t ng cơ tư ng tư ng bi u di n trong hình e, hình v ã kh c trên bia m c a ông. ây là m t thí d lí thú, vì nó cho th y m t m i liên h gi a khái ni m l c s d ng trư c ây trong lo t sách này, và khái ni m năng lư ng ang xây d ng lúc này. Giá tr c a c máy tư ng tư ng này là nó cho th y l i cơ h c c a m t ph ng nghiêng. Trong ví d này, hình tam giác có t l 3-4-5, nhưng l p lu n v n úng i v i b t kì tam giác vuông nào. Chúng ta tư ng tư ng m t chu i qu c u trư t không có ma sát, sao cho không có năng lư ng nào b chuy n hóa thành nhi t. N u chúng ta cho trư t chu i qu c u theo chi u kim ng h t ng b c m t, thì m i qu c u s vào v trí c a qu c u phía trư c nó, và toàn b c u hình s úng y như cũ. Vì e/ Ví d 3 năng lư ng là cái ch ph thu c vào tr ng thái c a h , nên năng lư ng s có b ng nhau. Tương t i v i m t chuy n ng ngư c chi u kim ng h , không có năng lư ng c a v trí s dư c gi i phóng b i l c h p d n. i u này nghĩa là n u chúng ta t chu i qu c u lên trên tam giác, và th nó ra tr ng thái ngh , thì nó không th b t u chuy n ng, vì không có cách nào cho nó chuy n hóa năng lư ng c a v trí thành năng lư ng c a chuy n ng. Như v y, chu i qu c u ph i cân b ng hoàn toàn. Bây gi , b ng s i x ng, vòng cung chu i qu c u treo bên dư i tam giác có s c căng b ng nhau c hai u, cho nên vi c tháo b vòng cung này s không nh hư ng n s cân b ng c a ph n còn l i c a chu i qu c u. i u này nghĩa là m t tr ng lư ng ba ơn v treo th ng ng cân b ng v i m t tr ng lư ng năm ơn v treo chéo theo d c c nh huy n. l i cơ h c c a m t ph ng nghiêng do ó là 5/3, úng b ng k t qu , 1/sinθ, mà chúng ta ã thu ư c trư c ây b ng phép Câu h i th o lu n A. Nư c phía phân tích các vec-tơ l c. Cái do c máy này cho th y là các nh sau con p Hoover có năng lư ng lu t Newton và các nh lu t b o toàn không c l p nhau v do v trí tương i c a nó so v i m t lô gic, mà chúng là các mô t r t g n gũi nhau c a t nhiên. Bài gi ng Các nh lu t b o toàn | Benjamin Crowell 5
  11. Trong nh ng trư ng h p các nh lu t Newton là úng, thì hành tinh Trái t, hành tinh hút nó chúng cho câu tr l i gi ng như các nh lu t b o toàn. ây là v i m t l c h p d n. Cho nư c m t thí d c a m t ý tư ng khái quát hơn, v cách th c khoa ch y xu ng áy c a con p làm h c ti n tri n theo th i gian. Khi m t lí thuy t m i hơn, t ng chuy n hóa năng lư ng ó thành quát hơn ư c xu t thay th m t lí thuy t cũ, thì lí thuy t năng lư ng c a chuy n ng. Khi m i ph i phù h p v i lí thuy t cũ trong ph m vi có th áp d ng nư c i t i áy p, nó p vào ư c c a lí thuy t cũ, vì lí thuy t cũ ã ư c ch p nh n là m t lí cánh tuabin và làm quay máy phát, thuy t h p lí b i nó ư c xác nh n v m t th c nghi m trong và năng lư ng chuy n ng c a nó các thí nghi m a d ng. Nói cách khác, lí thuy t m i ph i tương ư c chuy n hóa thành năng lư ng thích ngư c v i lí thuy t cũ. M c dù các nh lu t b o toàn có i n. th ch ng minh nh ng th mà các nh lu t Newton không th (ví d , chuy n ng vĩnh c u là không th ư c), nhưng chúng không i t i bác b các nh lu t Newton khi áp d ng các h cơ h c nơi chúng ta bi t r ng các nh lu t Newton là úng. Câu h i th o lu n A. Năng lư ng th y i n (nư c ch y qua m t con p làm quay tuabin) có v hoàn toàn t do. i u này có vi ph m s b o toàn năng lư ng không ? N u không, thì âu là ngu n g c cu i cùng c a năng lư ng i n phát ra b i nhà máy th y i n ? B. L p lu n trong ví d 3 sai như th nào n u như không có gi nh v m t b m t không ma sát ? 1.3 Thang o s c a năng lư ng Năng lư ng xu t hi n nhi u d ng, và các nhà v t lí không khám phá ra chúng ngay t c thì. H ph i b t u âu ó, cho nên h ã ch n m t d ng năng lư ng s d ng làm chu n cho vi c sáng t o ra m t thang o năng lư ng b ng s . (Trong th c t , l ch s th t ph c t p, và m t vài ơn v năng lư ng khác nhau ã ư c nh nghĩa trư c khi ngư i ta nh n ra r ng có m t khái ni m năng lư ng t ng quát áng ư c xem là m t ơn v o phù h p) M t phương pháp th c ti n là nh nghĩa m t ơn v năng lư ng d a trên vi c un nư c. ơn v SI c a năng lư ng là joule, J, ( ng âm v i “cool”), t theo tên nhà v t lí ngư i Anh James un nóng 0,24 g nư c lên thêm 1oC. Con Joule. M t joule là lư ng năng lư ng c n thi t s 0,24 không c n gì ph i nh . Lưu ý r ng nhi t, m t d ng năng lư ng, hoàn toàn khác v i nhi t , không ph i m t d ng năng lư ng. G p hai l n năng lư ng là c n thi t làm cho hai tách cà phê nh p làm m t, nhưng hai tách cà phê tr n chung v i nhau không làm g p ôi nhi t . Nói cách khác, nhi t c a m t v t cho chúng ta bi t nó nóng như th nào, còn năng lư ng nhi t ch a trong m t v t còn ng th i tính n c kh i lư ng c a v t và nó làm b ng ch t gì1. Sau này, chúng ta s g p nh ng i lư ng khác ư c b o toàn trong v t lí h c như ng lư ng và xung lư ng góc, và phương pháp nh nghĩa chúng s tương t như phương pháp chúng ta ã s d ng cho năng lư ng: ch n l y m t s d ng chu n c a nó, và r i o các d ng khác b ng cách so sánh v i d ng chu n này. B n ch t linh ho t và d thích ng c a th t c này là m t ph n c a cái ã làm cho các nh lu t b o toàn là m t cơ s lâu b n cho s phát tri n c a v t lí h c. 1 .Theo thu t ng chu n, chính th c, có m t s khác bi t n a, tinh t hơn. T “nhi t lư ng” ch dùng ch lư ng năng lư ng ã truy n, còn “năng lư ng nhi t” ch lư ng năng lư ng ch a bên trong m t v t. ây, tôi ã không theo quy t c, và g i c hai là nhi t, nhưng b n c n chú ý s khác bi t. 6 © hiepkhachquay d ch | Bài gi ng Các nh lu t b o toàn
  12. Ví d 4. Làm nóng m t h nư c N u i n năng có giá 3,9 cent/MJ (1 MJ = 1 megajoule = 106 J), thì ph i t n bao nhiêu ti n làm nóng m t h bơi 26000 gallon t 10oC lên 18o C ? i gallon sang ơn v cm3: 26000 gallon x (3780cm3/1 gallon) = 9,8. 107 cm3 Nư c có kh i lư ng riêng 1 g/cm3, nên kh i lư ng c a nư c là 9,8. 107 g. M t joule ch làm nóng 0,24 g lên 1oC, nên năng lư ng c n thi t làm nóng h bơi là 9,8.107 g 8o C = 3, 3.109 J = 3, 3.103 MJ 1J . . 0, 24 g 1o C Giá ti n i n là (3,3. 103 MJ)(0,039$/MJ) = 130$ Ví d 5. Cà phê Ireland B n pha m t tách cà phê Ireland g m 300g cà phê 100oC và 30 g rư u ethyl tinh khi t 20oC. M t t o ra s thay i 1oC 0,42 g rư u ethyl (t c là rư u d un hơn nư c). joule là năng lư ng v a H i nhi t c a h n h p cu i cùng b ng bao nhiêu ? C ng t t c năng lư ng sau khi tr n ph i cho k t qu b ng v i t ng năng lư ng trư c khi tr n. Chúng ta t ch s dư i i ch tr ng thái ban u, trư c khi tr n, và f cho tr ng thái cu i, và s d ng ch s dư i c cho cà phê và a cho rư u. Theo kí hi u này, chúng ta có t ng năng lư ng lúc u = t ng năng lư ng lúc sau Eci +E ai = Ecf + Eaf Chúng ta gi s cà phê có cách tính ch t mang nhi t gi ng như nư c. Thông tin c a chúng ta v các tính ch t mang nhi t c a hai ch t ư c phát bi u theo s bi n thiên năng lư ng c n thi t cho m t s bi n i nh t nh v nhi t , nên chúng ta s p x p l i phương trình bi u di n các th theo s chênh l ch năng lư ng: Eaf – Eai = Eci - Ecf S d ng các t s ã cho c a s bi n thiên nhi t theo s bi n thiên năng lư ng, chúng ta có Eci - Ecf = (Tci - Tcf )(mc)/(0,24 g) Eaf – Eai = (Taf – Tai )(ma)/(0,42 g) Cho hai phương trình này b ng nhau, ta có (Taf – Tai )(ma)/(0,42 g)= (Tci - Tcf )(mc)/(0,24 g) Gi i phương trình cho Tfcho ta M t khi m t thang o s c a năng lư ng ã ư c thi t l p cho m t s d ng c a năng lư ng như nhi t, ngư i ta có th d dàng m r ng sang các d ng khác c a năng lư ng. Ch ng h n, năng lư ng d tr trong m t gallon xăng có th xác nh b ng cách ưa m t s xăng và m t s nư c vào trong m t bu ng cách li, t cháy hơi xăng và o s gia tăng nhi t ca nư c. (Trên th c t , thi t b g i tên là “bom calo k ” s cho b n m t s ý ni m v m c nguy hi m c a nh ng thí nghi m này n u b n không chu n b phòng ng a c n th n) Sau ây là m t s thí d c a các lo i năng lư ng khác có th o b ng ơn v joule: Bài gi ng Các nh lu t b o toàn | Benjamin Crowell 7
  13. Lo i năng lư ng Ví d Hóa năng gi i phóng b i s cháy t 1 kg xăng gi i phóng kho ng ch ng 50 MJ Năng lư ng c n thi t làm v m t v t Khi m t ngư i ch u s m t ph n xo n gãy ng xương ùi (lo i tai n n trư t tuy t ph bi n), kho ng 2J năng lư ng là c n thi t làm gãy xương Năng lư ng c n thi t làm tan ch y m t 7 MJ là c n thi t làm tan ch y m t kg ch t r n thi c Hóa năng gi i phóng b i s tiêu hóa th c ăn M t chén Cheeri v i s a cung c p cho chúng ta kho ng 800 kJ năng lư ng có th s d ng ưc Nâng m t kh i lư ng ch ng l i l c h p d n Nâng 1,0 kg lên cao 1,0 m c n 9,8 J Năng lư ng h t nhân gi i phóng trong s 1 kg nhiên li u uranium oxide tiêu th b i m t lò ph n ng gi i phóng 2 x 1012 J c a phân h ch năng lư ng h t nhân d tr Th t lí thú vi c lưu ý s không tương x ng gi a các năng lư ng megajoule mà tiêu th dư i d ng th c ăn và các năng lư ng c joule mà chúng ta dùng trong các ho t ng v n ng. N u chúng ta có th c m nh n dòng năng lư ng xung quanh chúng ta gi ng như chúng ta c m nh n dòng nư c ch y, thì vi c ăn m t chén ngũ c c s gi ng như ng m s lư ng năng lư ng c a m t b n t m, s th t thoát liên t c c a nhi t cơ th sang môi trư ng s gi ng như m t cái vòi năng lư ng ch y su t ngày êm, và vi c nâng m t bao xi măng s gi ng như rút ra m t vài gi t năng lư ng nh xíu. Các calo chúng ta “ t” trong bài t p th d c n ng h u như tiêu tán h t thành nhi t cơ th . Ví d 6. B n ch n i ư ng cao, tôi ch n i ư ng th p Hình f cho th y hai b d c mà hai qu bóng s lăn xu ng. Hãy so sánh t c cu i cùng c a chúng, khi chúng i t i i m B. Gi s ma sát là không áng k . M i qu bóng m t m t s năng lư ng do s gi m cao c a nó trên m t t, và s b o toàn năng lư ng nói r ng nó ph i nh n thêm m t lư ng năng lư ng chuy n ng b ng f/ Ví d 6 như v y (tr m t chút nhi t t o ra do ma sát). Các qu bóng mt cao như nhau, nên t c cu i cùng c a chúng ph i b ng nhau. Th t n tư ng n u chú ý r ng s hoàn toàn không có kh năng gi i bài toán này ch b ng các nh lu t Newton. Cho dù hình d ng ư ng i ư c cho b ng toán h c, thì th t là m t nhi m v kinh kh ng vi c tính t c cu i cùng c a các qu bóng d a trên phép c ng vec-tơ c a l c pháp tuy n và tr ng l c t i m i i m trên ư ng i. Các d ng năng lư ng m i ã ư c khám phá như th nào Các sách giáo khoa thư ng gây n tư ng m t khái ni m v t lí ph c t p ư c sáng t o ra b i m t ngư i có c m h ng vào m t ngày nào ó, nhưng trong th c t thư ng x y ra hơn là m t ý tư ng ư c nêu ra dư i d ng thô sơ và sau ó ư c tinh ch nh d n trong nhi u năm. Quan ni m năng lư ng ã ư c vá víu t u nh ng năm 1800, và các d ng m i c a năng lư ng ti p t c ư c thêm d n vào danh sách ó. 8 © hiepkhachquay d ch | Bài gi ng Các nh lu t b o toàn
  14. thi t l p s t n t i c a m t d ng năng lư ng m i, nhà v t lí ph i (1) ch ng t r ng nó có th chuy n hóa sang và t các d ng khác c a năng lư ng; và (2) ch ng t r ng nó có liên h v i m t s tính ch t rõ ràng có th o ư c c a v t, ví d như nhi t , chuy n ng, v trí tương i c a nó so v i v t khác, ho c nó tr ng thái r n hay tr ng thái l ng. Ví d , năng lư ng ư c gi i phóng khi m t mi ng s t b ngâm trong nư c, nên hi n nhiên có m t s d ng năng lư ng d tr trong s t. S gi i phóng năng lư ng này còn có th liên h v i m t tính ch t rõ ràng có th o ư c c a mi ng kim lo i: nó chuy n sang màu cam-hơi . Có m t s bi n i hóa h c trong tr ng thái v t lí c a nó mà chúng ta g i là hen g. M c dù danh sách các lo i năng lư ng càng ngày càng dài, nhưng rõ ràng nhi u lo i ch là các bi n th c a m t d ng. Có m t s tương t rõ ràng gi a năng lư ng c n thi t làm tan ch y băng tuy t và làm tan ch y bơ, hay gi a s hen g c a s t và nhi u ph n ng hóa h c khác. Ch c a chương ti p theo là làm th nào quá trình ơn gi n hóa này gi m t t c các d ng năng lư ng xu ng m t con s r t nh (b n lo i, theo cách mà tôi ã ch n m chúng). Dư ng như n u nguyên lí b o toàn năng lư ng chưa h có d u hi u b vi ph m, chúng ta có th n nh nó d dàng b ng cách phát minh ra m t s d ng năng lư ng m i bù p cho s b t ng. Vi c này gi ng như cân b ng s séc c a b n b ng cách c ng thêm m t kho n ti n tư ng tư ng hay rút b t ti n con s c a b n ăn kh p v i b ng kê c a ngân hàng. Bư c (2) trên ngăn ng a lo i mánh khóe này. Trong th p niên 1920, ã có nh ng thí nghi m cho r ng năng lư ng không ư c b o toàn trong các quá trình phóng x . Các phép o chính xác c a năng lư ng gi i phóng trong s phân rã phóng x c a m t lo i nguyên t cho trư c cho th y các k t qu mâu thu n nhau. M t nguyên t có th phân rã và gi i phóng, nói ví d , 1,1 x 10-10 J năng lư ng, có l nó ư c d tr trong m t s d ng bí n bên trong h t nhân. Nhưng trong m t phép o sau ó, m t nguyên t thu c lo i gi ng h t như cũ có th gi i phóng 1,2 x 10-10 J. Các nguyên t thu c cùng m t lo i ư c cho là gi ng h t nhau, nên c hai nguyên t ư c cho ph i phóng thích năng lư ng b ng nhau. N u năng lư ng gi i phóng là ng u nhiên, thì rõ ràng t ng năng lư ng sau và trư c phân rã không b ng nhau, t c là năng lư ng không ư c b o toàn. Ch sau này ngư i ta m i tìm th y m t h t trư c ó không bi t t i, nó r t khó phát hi n, thoát ra trong s phân rã. H t ó, ngày nay g i là neutrino, mang i m t s năng lư ng, và n u d ng năng lư ng trư c ó không ng t i này ư c thêm vào, thì năng lư ng cu i cùng ư c tìm th y là b o toàn. Khám phá ra s b t ng ư c nhìn nh n mu n màng là bư c (1) trong vi c thi t l p m t d ng năng lư ng m i, và khám phá ra neutrino là bư c (2). Nhưng trong th p k hay ng n y năm gi a bư c (1) và bư c (2) (s tích góp b ng ch ng di n ra t t ), các nhà v t lí ã trung th c áng khâm ph c th a nh n r ng nguyên lí b o toàn năng lư ng áng yêu ph i b v t b . ☺ B n s th c hi n hai bư c trên như th nào thi t l p r ng m t s d ng c a năng lư ng ư c d tr bên trong m t cái lò xo kéo căng hay nén l i ? [xem trang 136] Kh i lư ng chuy n hóa thành năng lư ng Einstein ã ch ng t r ng b n thân kh i lư ng có th chuy n hóa sang và t năng lư ng, theo phương trình n i ti ng c a ông E = mc2, trong ó c là t c ánh sáng. Như v y, chúng ta nói kh i lư ng ơn gi n là m t d ng khác c a năng lư ng, và th t h p lí là o nó theo ơn v joule. Kh i lư ng c a m t Bài gi ng Các nh lu t b o toàn | Benjamin Crowell 9
  15. cái bút chì 15 g tương ng v i kho ng 1,3 x 1015 J. V n mang tính ch t lí thuy t suông cao trong trư ng h p cái bút chì, vì c n n nh ng quá trình r t d d i như các ph n ng h t nhân bi n i b t kì ph n áng k nào c a kh i lư ng c a m t v t thành năng lư ng. Tuy nhiên, các tia vũ tr liên t c b n phá b n và môi trư ng xung quanh b n và bi n i m t ph n năng lư ng chuy n ng c a chúng thành kh i lư ng c a các h t m i sinh ra. M t tia vũ tr năng lư ng cao có th sinh ra m t “cơn mưa” c a hàng tri u h t trư c ó không t n t i khi nó ch m trán v i b u khí quy n. Các lí thuy t c a Einstein ư c trình bày trong quy n 6 c a b sách này. Ngay c ngày nay, khi khái ni m năng lư ng ã tương i chín mu i và n nh, m t d ng m i c a năng lư ng ã ư c xu t d a trên nh ng quan sát các thiên hà xa xôi có ánh sáng b t u hành trình c a nó i t i chúng ta cách nay ã hàng t năm. Các nhà thiên văn tìm th y s giãn n liên t c c a vũ tr , k t qu t Big Bang, không gi m i nhanh chóng trong vài t năm qua như trông i t các l c h p d n. Chúng cho th y m t d ng m i c a năng lư ng có l ang ho t ng. ☺ A. Tôi không hư c u i u này. Nư c u ng tăng l c XS có qu ng cáo c như th này: T t c “Năng lư ng”… Không ư ng! Ch 8 calo! Hãy bình lu n v qu ng cáo này. 1.4 ng năng Thu t ng kĩ thu t ch năng lư ng g n li n v i chuy n ng là ng năng, l y t ti ng Hi L p ch s chuy n ng (Ngu n g c gi ng như g c r c a t “cinema” ch m t hình nh chuy n ng, và trong ti ng Pháp, thu t ng ng năng là “énergie cinétique”). tìm xem m t v t chuy n ng có bao nhiêu ng năng, chúng ta ph i bi n i t t c ng năng c a nó thành năng lư ng nhi t mà chúng ta ã ch n làm lo i tham chi u chu n c a năng lư ng. Chúng ta có th làm i u này, ví d , b ng cách b n các viên n vào m t thùng nư c và o s tăng nhi t c a nư c là m t hàm c a kh i lư ng và v n t c c a viên n. Xét s li u sau ây l y t lo t ba thí nghi m như th : m (kg) v (m/s) năng lư ng (J) 1,00 1,00 0,50 1,00 2,00 2,00 2,00 1,00 1,00 So sánh thí nghi m th nh t v i thí nghi m th hai, chúng ta th y vi c tăng g p ôi v n t c c a v t không ch làm tăng g p ôi năng lư ng c a nó, mà là g p b n l n. Tuy nhiên, n u chúng ta so sánh hàng th nh t và hàng th ba, chúng ta th y vi c tăng g p ôi kh i lư ng ch làm tăng g p ôi năng lư ng. i u này cho th y ng năng t l v i kh i lư ng và t l v i bình phương c a v n t c, KE∝mv2, và nh ng thí nghi m khác n a thu c lo i này th t s thi t l p m t quy lu t khái quát như th . H s t l b ng 0,5 do c u trúc c a h mét, nên ng năng c a m t ang chuy n ng ư c cho b i 12 KE = mv 2 H mét xây d ng trên mét, kilogram, và giây, v i các ơn v khác d n xu t t nh ng ơn v ó. So sánh các ơn v v trái và v ph i c a phương trình cho th y joule có th bi u di n l i theo các ơn v cơ b n là kg.m2/s2. 1 H c sinh thư ng b i r i b i s có m t c a h s , nhưng nó không khó hi u như nó 2 trông như v y. H mét ư c s p x p sao cho m t s phương trình liên quan n năng lư ng s xu t hi n th t ơn gi n, bù l i nó ph i có các h s b t ti n phía trư c. N u chúng ta s d ng h ơn v cũ c a nư c Anh, thì chúng ta có ơn v nhi t Anh (BTU) là ơn v năng 10 © hiepkhachquay d ch | Bài gi ng Các nh lu t b o toàn
  16. lư ng. Trong h ơn v ó, phương trình mà b n v a m i h c cho ng năng s có m t h s t l b t ti n, KE = (1,9 x 10-3) mv2, v i KE o theo ơn v BTU, v o theo feet/s, và vân vân. Bù l i cho phương trình b t ti n này i v i ng năng, nh ng ngư i sáng t o ra h ơn v Anh có m t quy lu t ơn gi n tính năng lư ng c n thi t làm nóng nư c: m t BTU trên Fahremheit trên gallon. Ngư i phát minh ra ng năng, Thomas Young, th t ra nh nghĩa nó là KE = mv2, nghĩa là t t c các phương trình khác c a ông u khác v i các phương trình c a chúng ta hai l n. T t c các h ơn v này ch ho t ng t t khi nào chúng không k t h p v i nhau theo m t cách mâu thu n. Ví d 7. Năng lư ng gi i phóng b i m t v va ch m sao ch i Sao ch i Shoemaker-Levy, âm vào M c tinh năm 1994, có kh i lư ng kho ng 4 x 1013 kg, và chuy n ng t c 60 km/s. Hãy so sánh ng năng gi i phóng trong v va ch m v i t ng năng lư ng trong kho n h t nhân c a th gi i, 2 x 1019 J. Gi s cho ơn gi n r ng M c tinh ang ng yên. Vì chúng ta gi s M c tinh ng yên, nên chúng ta có th tư ng tư ng sao ch i d ng l i hoàn toàn lúc va ch m, và 100% ng năng c a nó chuy n hóa thành nhi t và âm thanh. Trư c h t, chúng ta i sang ơn v mks, v = 6 x 104 m/s, và sau ó thay vào phương trình tìm ng năng c a sao ch i tc là x p x 7 x 1022 J, hay g p kho ng 3000 l n năng lư ng trong kho vũ khí h t nhân c a th gi i. 1 Có cách nào suy ra phương trình KE = mv 2 b ng toán h c t nh ng nguyên lí u 2 tiên hay không ? Không, nó thu n túy mang tính kinh nghi m. H s 1/2 phía trư c rõ ràng không có ngu n g c, vì nó khác nhau trong nh ng h ơn v khác nhau. S t l v i v2 th m chí không chính xác l m: các thí nghi m ã cho th y s sai l ch kh i quy lu t v2 nh ng t c cao, m t hi u ng liên quan n thuy t tương i Einstein. Ch có s t l v i m là không th tránh ư c. Toàn b khái ni m năng lư ng ư c xây d ng trên quan ni m r ng chúng ta c ng g p các óng góp năng lư ng t t t c các v t bên trong m t h . D a trên tri t lí này, i u h p lí c n thi t là m t v t 2 kg ang chuy n ng 1 m/s có ng năng b ng hai v t kh i lư ng 1 kg ang chuy n ng ng hành cùng t c ó. Năng lư ng và chuy n ng tương i M c dù tôi nh c t i lí thuy t tương i c a Einstein trên, nhưng i u có liên quan hơn ngay lúc này là xét xem s b o toàn năng lư ng liên h như th nào v i quan i m Galileo ơn gi n hơn, mà chúng ta ã h c, r ng chuy n ng là tương i. Các k thù theo trư ng phái Aristotle c a Galileo (và không có gì là quá áng khi g i h là k thù!) có kh năng s ph n i s b o toàn năng lư ng. Sau cùng, quan i m theo phái Galileo r ng m t v t ang chuy n ng s ti p t c chuy n ng mãi mãi trong s v ng m t c a m t l c không có gì khác bi t v i quan i m r ng ng năng c a m t v t v n gi nguyên tr khi có m t cơ ch nào ó gi ng như nhi t ma sát chuy n hóa năng lư ng ó thành m t s d ng khác. Tuy nhiên, có ph n tinh t hơn, không hi n nhiên ngay r ng cái chúng ta ã h c t trư c n nay v năng lư ng là phù h p hoàn toàn v m t toán h c v i nguyên lí chuy n ng là tương i. Gi s chúng ta xác nh n m t quá trình nh t nh, ví d s va ch m c a hai qu bóng bi-a, b o toàn năng lư ng khi o trong m t h quy chi u nh t nh: t ng ng năng c a các qu bóng trư c va ch m b ng t ng c a chúng sau va ch m. (Trên th c t , chúng ta ph i c ng thêm vào các d ng năng lư ng khác n a, như nhi t và âm thanh, chúng ư c gi i phóng b i s va ch m, nhưng hãy làm cho v n ơn gi n thôi) Nhưng i u gì x y ra n u chúng ta o các th trong m t h quy chi u n m trong m t tr ng thái chuy n ng khác ? M t qu bóng bi-a nh t nh có th có ít ng năng hơn trong h quy chi u m i này; ví d , Bài gi ng Các nh lu t b o toàn | Benjamin Crowell 11
  17. n u h quy chi u m i ang chuy n ng sang bên ph i cùng v i nó, thì ng năng c a nó trong h quy chi u ó s b ng không. M t khác, m t s qu bóng khác có th có ng năng l n hơn trong h quy chi u m i. Th t không rõ ràng ngay r ng t ng năng lư ng trư c va ch m s v n b ng t ng năng lư ng sau va ch m. Cu i cùng, phương trình cho ng năng hơi ph c t p, vì nó ch a bình phương c a v n t c, nên s th t b t ng n u m i th v n ho t ng trong h quy chi u m i. Nó th t s v n ho t ng. Bài t p 13 trong chương này cho m t ví d s ơn gi n, và ch ng minh khái quát ư c th c hi n trong chương 4, bài t p 15. ☺ A. Gi s , gi ng như Young ho c Einstein, b n ang th tìm các phương trình khác cho ng năng xem chúng có phù h p v i s li u thí nghi m hay không. D a trên ý nghĩa c a các d u c ng và tr c a v n t c, t i sao b n nghi ng r ng m t s t l v i mv s ít có kh năng hơn v i mv2 ? B. Hình bên cho th y m t con l c ư c th ra A, và vư ng ph i m t cái ch t khi nó i qua phương th ng ng, B. Qu l c s i n cao nào phía bên ph i ? 1.5 Công su t M t chi c xe có th có nhi u năng lư ng trong bình hơi c a nó, nhưng v n không có kh năng làm tăng ng năng c a nó m t cách nhanh chóng. M t chi c Porsche không nh t thi t có nhi u năng lư ng trong bình hơi c a nó hơn m t chi c Hyundai, mà nó ch có th chuy n hóa năng lư ng nhanh hơn thôi. T c chuy n hóa năng lư ng t d ng này sang d ng khác g i là công su t. nh nghĩa có th vi t dư i d ng m t phương trình ∆E P= ∆t Trong ó công d ng c a kí hi u delta trong ∆E có cách hi u thông l : năng lư ng cu i cùng m t d ng nh t nh tr i năng lư ng ban u có m t d ng ó. Công su t có ơn v J/s, vi t t t là watt, W ( ng âm v i “lots”). N ut c chuy n hóa năng lư ng là không i, thì công su t t i m t th i i m b t th c a E theo t. Tương t , ∆E có kì có th nh nghĩa là d c c a ư ng ti p tuy n trên th rút ra t di n tích bên dư i ư ng cong P theo t. Ví d 8. i kilowatt-gi sang joule Công ti i n tính ti n năng lư ng v i b n theo ơn v kilowatt-gi (kilowatt nhân gi ) ch không theo ơn v SI là joule. M t kilowatt-gi b ng bao nhiêu joule ? 1 kilowatt-gi = (1 kW)(1 h) = (1000 J/s)(3600 s) = 3,6 MJ Ví d 9. Công su t tiêu th c a ngư i tính theo watt M t ngư i i n hình tiêu th 2000 kcal th c ăn m i ngày, và chuy n hóa h u như toàn b năng lư ng ó thành nhi t. Hãy so sánh công su t t a nhi t c a ngư i v i t c tiêu th năng lư ng c a m t bóng èn 100 watt. Chú ý h s chuy n i t calo sang joule, chúng ta tìm ư c 1000 cal 4,18 J = 8 x 106 J ∆E = 2000 kcal x x 1 kcal 1 cal 12 © hiepkhachquay d ch | Bài gi ng Các nh lu t b o toàn
  18. Cho s tiêu th năng lư ng hàng ngày c a chúng ta. i kho ng th i gian tương t sang ơn v mks 24 gi 60 phút 60 s = 9 x 104 s ∆t = 1 ngày x x x 1 ngày 1 gi 1 phút Ti n hành phép chia, chúng ta tìm ư c công su t t a nhi t c a chúng ta là 90 J/s = 90 W, kho ng ch ng b ng v i công su t c a m t bóng èn. Th t d nh m l n các khái ni m l c, năng lư ng và công su t, nh t là vì chúng ng nghĩa v i nhau trong cách nói thông thư ng. B ng trang sau có th giúp làm sáng t iu này: Bài gi ng Các nh lu t b o toàn | Benjamin Crowell 13
  19. lc năng lư ng công su t nh nghĩa L c là tương tác gi a Làm nóng m t v t, làm Công su t là t c năng khái ni m hai v t gây ra m t s cho nó chuy n ng lư ng ư c chuy n hóa y ho c hút. M t l c nhanh hơn, hay tăng t d ng này sang d ng có th nh nghĩa là b t kho ng cách c a nó n khác ho c truy n t v t kì cái gì có kh năng m t v t khác ang hút này sang v t khác. làm thay i tr ng thái nó u là nh ng ví d chuy n ng c a m t c a cái s c n nhiên v t. li u hay các n l c v t lí. T t c nh ng i u này có th nh lư ng b ng m t thang o s , và chúng ta mô t chúng th y u là các d ng c a năng lư ng. nh nghĩa M t cái cân lò xo có th N u chúng ta nh o s bi n i v lư ng ho t ng dùng o l c. nghĩa m t ơn v năng c a m t s d ng năng lư ng là lư ng c n thi t lư ng có b i m t v t, và làm nóng m t lư ng chia cho lư ng th i gian nư c nh t nh lên c n thi t cho s bi n o thêm 1 C, thì chúng ta i ó x y ra. có th o b t kì i lư ng nào khác c a năng lư ng b ng cách chuy n hóa nó thành nhi t trong nư c và o s tăng nhi t . vô hư ng hay Vec-tơ – có hư ng Vô hư ng – không có Vô hư ng – không có vec-tơ ? trong không gian là hư ng trong không hư ng trong không gian. hư ng mà nó hút hay gian. y. ơn v newton (N) joue (J) watt (W) = joule/s Nó có t n ti n Không. Tôi không ph i Có. Chúng ta tr ti n Công su t l n hơn nghĩa không ? tr ti n hóa ơn hàng xăng d u, ti n i n, là b n tr ti n t c tháng cho hàng pin… vì chúng ch a cao hơn. M t bóng èn meganewton l c c n năng lư ng. 100 W tiêu t n m t s thi t ch ng ngôi cent nh t nh trong m t nhà tôi . gi . Nó có th là Không. L c là m i Có. Cái m t qu bóng Th t s không. M t bóng tính ch t c a quan h gi a hai v t chày lăn trong nhà có là èn 100 W không “có” m t v t không tương tác. M t qu ng năng, không ph i 100 W. 100 J/s là t c ? bóng chày lăn trong nhà l c. nó chuy n hóa i n năng không “có” l c. thành ánh sáng. 14 © hiepkhachquay d ch | Bài gi ng Các nh lu t b o toàn
  20. Tóm t t chương 1 T khóa ch n l c năng lư ng ……………………… M t thang o s dùng o nhi t, chuy n ng, hay các tính ch t khác òi h i nhiên li u ho c m t n l c v t lí ưa vào m t v t; m t i lư ng vô hư ng có ơn v là joule (J). công su t ……………………….. Tc chuy n hóa năng lư ng; m t i lư ng vô hư ng có ơn v watt (W). ng năng ………………………. Năng lư ng mà m t v t có do chuy n ng c a nó. nhi t lư ng …………………….. M t d ng năng lư ng liên quan n nhi t . Nhi t lư ng khác v i nhi t , vì m t v t v i kh i lư ng g p ôi yêu c u nhi u nhi t lư ng g p ôi tăng nhi t c a nó lên lư ng b ng nhau. Nhi t lư ng ư c o b ng joule, nhi t o b ng . (Trong thu t ng chu n, có m t s phân bi t khác, tinh vi hơn gi a nhi t lư ng và năng lư ng nhi t, chúng ư c trình bày ph n sau. Trong quy n sách này, tôi g i không chính th c c hai là nhi t) nhi t ………………………… Cái do nhi t k o ư c. Các v t cho ti p xúc v i nhau có xu hư ng t t i nhi t b ng nhau. Khác v i nhi t lư ng. Như trình bày chi ti t hơn chương 2, nhi t v cơ b n là s o ng năng trung bình trên m i phân t . Kí hi u E ………………………………. năng lư ng J ………………………………. joule, ơn v SI c a năng lư ng PE ……………………………. ng năng P ……………………………… công su t W …………………………….. watt, ơn v SI c a công su t; tương ương v i J/s Thu t ng và kí hi u khác Q ho c∆Q…………………….. lư ng nhi t truy n vào hay ra kh i m t v t K ho c T…………………….... kí hi u khác cho ng năng, s d ng trong sách v khoa h c và trong a s các sách giáo khoa ti n b Bài gi ng Các nh lu t b o toàn | Benjamin Crowell 15
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2